stringtranslate.com

Сила морского течения

Морские течения могут переносить большие объемы воды, в основном под воздействием приливов , которые являются следствием гравитационных эффектов планетарного движения Земли, Луны и Солнца. Увеличенные скорости потока можно обнаружить там, где подводный рельеф в проливах между островами и материком или на мелководьях вокруг мысов играет главную роль в увеличении скоростей потока, что приводит к заметной кинетической энергии. [1] Солнце действует как основная движущая сила, вызывая ветры и разницу температур. Поскольку существуют только небольшие колебания скорости течения и местоположения потока с минимальными изменениями в направлении, океанские течения могут быть подходящими местами для развертывания устройств извлечения энергии, таких как турбины. [2] Другие эффекты, такие как региональные различия в температуре и солености и эффект Кориолиса из-за вращения Земли, также оказывают большое влияние. Кинетическая энергия морских течений может быть преобразована во многом таким же образом, как ветряная турбина извлекает энергию из ветра, используя различные типы роторов с открытым потоком. [3]

Энергетический потенциал

Векторная диаграмма течений вдоль восточного побережья США.

Общая мощность океанических течений в мире оценивается примерно в 5000 ГВт, с плотностью мощности до 15 кВт/м2. Относительно постоянная плотность извлекаемой энергии вблизи поверхности течения Флоридского пролива составляет около 1 кВт/м2 площади потока. Было подсчитано, что захват всего лишь 1/1000 доступной энергии из Гольфстрима , который имеет в 21 000 раз больше энергии, чем Ниагарский водопад, в потоке воды, который в 50 раз превышает общий поток всех пресноводных рек мира, обеспечил бы Флориду 35% ее потребностей в электроэнергии. Изображение справа иллюстрирует высокую плотность потока вдоль побережья, обратите внимание на высокоскоростной белый поток на север, идеально подходящий для извлечения энергии океанических течений. Страны, которые заинтересованы и стремятся применять технологии энергии океанических течений, включают Европейский союз, [4] Японию, [5] Соединенные Штаты, [6] и Китай. [7]

Потенциал производства электроэнергии из морских приливных течений огромен. Есть несколько факторов, которые делают производство электроэнергии из морских течений очень привлекательным по сравнению с другими возобновляемыми источниками энергии:

Технологии для генерации электроэнергии с использованием морских течений

Иллюстрация осевой турбины, созданной по принципу ветроэнергетики и используемой для выработки электроэнергии на море

Существует несколько типов устройств открытого потока, которые можно использовать в приложениях с использованием энергии морских течений; многие из них являются современными потомками водяного колеса или подобных. Однако более технически сложные конструкции, полученные из роторов ветряной энергии, с наибольшей вероятностью достигнут достаточной экономической эффективности и надежности, чтобы быть практичными в крупном сценарии будущего использования энергии морских течений. Несмотря на то, что для этих гидротурбин открытого потока нет общепринятого термина , некоторые источники называют их турбинами водяного потока. Существует три основных типа турбин водяного потока, которые можно было бы рассмотреть: осевые горизонтальные гребные винты (как с переменным, так и с фиксированным шагом), подводные воздушные змеи и роторы Дарье с поперечным потоком . Типы роторов можно комбинировать с любым из трех основных методов поддержки турбин водяного потока: плавучие заякоренные системы, системы, установленные на морском дне, и промежуточные системы. Моноблочные конструкции , установленные на морском дне, представляют собой системы морского течения первого поколения. У них есть преимущество в использовании существующих (и надежных) инженерных ноу-хау, но они ограничены относительно мелководьем (глубиной около 20–40 метров (66–131 фута)). [3]

История и применение

Возможное использование морских течений в качестве источника энергии стало привлекать внимание в середине 1970-х годов после первого нефтяного кризиса . В 1974 году на семинаре Макартура по энергетике было представлено несколько концептуальных проектов, а в 1976 году британская компания General Electric Co. провела частично финансируемое правительством исследование, в котором был сделан вывод о том, что энергия морских течений заслуживает более детального изучения. Вскоре после этого ITD-Group в Великобритании реализовала исследовательскую программу, включающую годовое тестирование производительности 3-метрового ротора гидроДарье, развернутого в Джубе на Белом Ниле . [ требуется цитата ]

В 1980-х годах было реализовано несколько небольших исследовательских проектов по оценке систем питания морских течений. Основными странами, где проводились исследования, были Великобритания, Канада и Япония. В 1992–1993 годах в обзоре Tidal Stream Energy Review были выявлены конкретные участки в водах Великобритании с подходящей скоростью течения для генерации до 58 ТВт·ч/год. Он подтвердил, что общий ресурс питания морских течений теоретически способен удовлетворить около 19% спроса на электроэнергию в Великобритании. [ необходима цитата ]

В 1994–1995 годах проект EU-JOULE CENEX выявил более 100 европейских участков площадью от 2 до 200 км 2 морского дна, многие из которых имели плотность мощности более 10 МВт/км 2 . Как правительство Великобритании, так и ЕС взяли на себя обязательства по международным соглашениям, направленным на борьбу с глобальным потеплением. Для соблюдения таких соглашений потребуется увеличение крупномасштабной выработки электроэнергии из возобновляемых источников. Морские течения могут обеспечить значительную долю будущих потребностей ЕС в электроэнергии. [3] Исследование 106 возможных участков для приливных турбин в ЕС показало общий потенциал выработки электроэнергии около 50 ТВт·ч/год. Если этот ресурс будет успешно использован, требуемая технология может стать основой для новой крупной отрасли по производству чистой энергии для 21-го века. [9]

Современные приложения этих технологий можно найти здесь: Список приливных электростанций . Поскольку влияние приливов на океанские течения настолько велико, а их схемы течения достаточно надежны, многие установки по извлечению энергии из океанских течений размещаются в районах с высокой скоростью приливного течения. [10]

Исследования в области морской энергии течения проводятся, в частности, в Университете Уппсалы в Швеции, где была построена испытательная установка с турбиной типа Дарье с прямыми лопастями, которая была размещена на реке Дал в Швеции. [11] [12]

Воздействие на окружающую среду

Океанические течения играют важную роль в определении климата во многих регионах мира. Хотя мало что известно о последствиях удаления энергии океанических течений , последствия удаления энергии течений на окружающую среду дальнего поля могут представлять значительную экологическую проблему. Типичные проблемы турбин с ударом лопастей, запутыванием морских организмов и акустическими эффектами все еще существуют; однако они могут быть усилены из-за присутствия более разнообразных популяций морских организмов, использующих океанические течения для целей миграции . Места могут находиться дальше от берега и, следовательно, требовать более длинных силовых кабелей, которые могут влиять на морскую среду электромагнитным излучением. [13] База данных Tethys предоставляет доступ к научной литературе и общей информации о потенциальных экологических последствиях энергии океанических течений. [14]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Бахадж, А.С. (14.01.2013). «Преобразование энергии морских течений: рассвет новой эры в производстве электроэнергии». Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences . 371 (1985): 20120500. Bibcode : 2013RSPTA.37120500B. doi : 10.1098/rsta.2012.0500 . ISSN  1364-503X. PMID  23319714.
  2. ^ Саад, Фуад (2016). Шок энергетического перехода . Partridge Publishing Singapore. ISBN 9781482864953.
  3. ^ abcd Ponta, FL; PM Jacovkis (апрель 2008 г.). «Выработка электроэнергии морскими течениями с помощью плавучих гидротурбин с диффузорным усилением». Возобновляемая энергия . 33 (4): 665–673. doi :10.1016/j.renene.2007.04.008.
  4. ^ Диас-Дорадо, Элой; Каррильо, Камило; Сидрас, Хосе; Роман, Давид; Гранде, Хавьер (март 2021 г.). «Оценка производительности и моделирование морской турбины Атир». IET Возобновляемая энергетика . 15 (4): 821–838. дои : 10.1049/rpg2.12071 . ISSN  1752-1416.
  5. ^ Уэно, Томохиро; Нагая, Шигеки; Симидзу, Масаюки; Сайто, Хироюки; Мурата, Шоу; Ханда, Норихиса (май 2018 г.). «Разработка и демонстрационные испытания плавучего типа турбинной системы океанического течения, проведенные в течении Куросио». 2018 OCEANS - MTS/IEEE Kobe Techno-Oceans (OTO) . Кобе: IEEE . стр. 1–6. doi :10.1109/OCEANSKOBE.2018.8558792. ISBN 978-1-5386-1654-3. S2CID  54453908.
  6. ^ R. Itiki, PR Chowdhury, F. Kamal, M. Manjrekar, B. Chowdhury и GG Bonner (2021). «Метод оценки морской гидрокинетической мощности на основе данных высокочастотного радара». OCEANS 2021: Сан-Диего – Порту . С. 1–7. doi :10.23919/OCEANS44145.2021.9705675. ISBN 978-0-692-93559-0. S2CID  246872045 . Получено 11 марта 2022 г. .{{cite book}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  7. ^ Программа по возобновляемым источникам энергии и альтернативному использованию Службы управления минеральными ресурсами Министерства внутренних дел США (май 2006 г.). "ПОТЕНЦИАЛ ЭНЕРГИИ ОКЕАНСКОГО ТЕЧЕНИЯ НА ВНЕШНЕМ КОНТИНЕНТАЛЬНОМ ШЕЛЬФЕ США" . Получено 29 мая 2019 г.
  8. ^ Бахадж, А.С.; Л.Е. Майерс (ноябрь 2003 г.). «Основы, применимые к использованию турбин морского течения для производства энергии» (статья) . Возобновляемая энергия . 28 (14): 2205–2211. doi :10.1016/S0960-1481(03)00103-4 . Получено 12 апреля 2011 г.
  9. ^ Хэммонс, Томас (2011). Инфраструктуры электроснабжения на мировом рынке . BoD – Книги по запросу. ISBN 978-9533071558.
  10. ^ Энергия, Team Crowd. "Мощность морских течений". CrowdEnergy.org . Получено 29.04.2019 .
  11. ^ Юань, Катарина; Лундин, Стаффан; Граббе, Мартен; Лаландер, Эмилия; Гуд, Андерс; Лейон, Матс (2011). «Проект Седерфорс: строительство экспериментальной гидрокинетической электростанции». 9-я Европейская конференция по волновой и приливной энергии, Саутгемптон, Великобритания, 5–9 сентября 2011 г.
  12. ^ Лундин, Стаффан; Форслунд, Йохан; Карпман, Николь; Граббе, Мартен; Юань, Катарина; Апельфройд, Сенад; Гуд, Андерс; Лейон, Матс (2013). «Проект Седерфорс: развертывание экспериментальной гидрокинетической электростанции и первые результаты». 10-я Европейская конференция по энергии волн и приливов (EWTEC), 2–5 сентября 2013 г., Ольборг, Дания .
  13. ^ "Океаническое течение". Тетис . PNNL.
  14. ^ "Тетис". Тетис . PNNL.

Внешние ссылки